El tiempo atmosférico es el resultado de una serie de factores que ocasionan una situación climática particular en un determinado instante y en una cierta región de la superficie terrestre. Así, el tiempo atmosférico, llamado también tiempo meteorológico, es la expresión del clima de un lugar concreto en un momento dado. Esta situación viene determinada por una concordancia de variables físicas, las cuales están sensiblemente condicionadas, a su vez, por la acción del hombre.
Los factores o variables físicas que intervienen para dar un determinado tiempo meteorológico son, básicamente, tres: temperatura, presión y humedad del aire. A su vez, estos parámetros físicos están controlados por otras numerosas variables a veces imposibles de ser controladas por el hombre.
- La temperatura
Por cuanto concierne a la temperatura de las capas atmosféricas inferiores, en las que tienen lugar los fenómenos meteorológicos, es posible definir una temperatura planetaria media (del orden de unos 7 ºC) que no parece haber sufrido variaciones en el transcurso de la historia de la Tierra, puesto que la distancia Tierra-Sol, que constituye el factor determinante, no ha variado durante las eras geológicas.
Mucho más significativo que la temperatura planetaria media son las variaciones de temperatura que se aprecian a diferentes latitudes. Dichas variaciones siguen ciclos estacionales y diarios que dependen, además de la latitud, de otros factores extremadamente variables en el tiempo, como por ejemplo: la intensidad de la radiación solar, la insolación sobre la superficie terrestre y el balance de la radiación.
- La radiación solar
El Sol emite una enorme cantidad de energía, bajo la forma de radiación electromagnética con longitud de onda muy variable que va desde las ondas de radio hasta los rayos X y los rayos gamma. Esta radiación solar ha sido medida, en el límite superior de la atmósfera, donde se supone que llega al 100% de la radiación hacia la Tierra, en unas 1,94 calorías / minuto por centímetro cuadrado, en correspondencia con la distancia media Tierra-Sol, y es conocida como constante solar. En realidad, la constante solar está sujeta a cambios en el tiempo como consecuencia a la actividad del Sol. Las variaciones de la actividad del Sol implican mayor o menor radiación de energía y por consiguiente un incremento o disminución de la constante solar que parece cambiar de intensidad según el mismo ciclo de once años de las manchas solares, íntimamente relacionadas con la actividad de nuestro Sol.
- La insolación
Con el término insolación se indica la cantidad de energía solar que incide en una parte de la superficie terrestre expuesta a la radiación solar. Esta cantidad varía en función de la latitud y de la duración de la exposición a los rayos solares.
+ Latitud e insolación
La latitud influye en el ángulo de incidencia de los rayos solares, así se pasa de valores elevados durante todo el año cerca del ecuador, donde los rayos solares inciden sobre la superficie terrestre con valores muy cercanos a los 90º, hasta valores bajos de ese ángulo en las zonas polares, donde además hay períodos de no incidencia muy largos durante las noches polares que pueden durar hasta seis meses.
La forma esférica de la Tierra, que le impide ofrecer una superficie plana constantemente perpendicular en todos sus puntos a los rayos solares, y la inclinación del eje terrestre, son las causas que determinan la continua variación del ángulo entre los rayos del Sol y la superficie de la Tierra. Se puede indicar también que si el eje terrestre no estuviera inclinado respecto al plano de la órbita de la Tierra, sino que fuese perpendicular a dicho plano, los polos no recibirían nunca la radiación solar y por tanto la insolación sería nula.
+ Duración de la exposición a los rayos solares e insolación
Tiene también gran importancia sobre la insolación el tiempo de exposición, el cual varía mucho de un lugar a otro en función de las estaciones: en los polos puede variar de 0 a 24 horas por día, mientras que en el ecuador se mantiene siempre más o menos constante y en las latitudes intermedias (como por ejemplo las nuestras) tiene una evolución comprendida entre las dos precedentes.
De todo lo apuntado resulta claro que la insolación es un factor que condiciona de manera importante la temperatura, provocándole grandes variaciones tanto en el espacio como en el tiempo.
- El balance de la radiación
El balance de la radiación es el cálculo de la cantidad efectiva de radiación que llega en promedio al suelo terrestre. La radiación solar, constituida principalmente por ondas cortas (de pequeña longitud de onda), se dispersa en gran parte en el espacio o la atmósfera y las nubes la absorben. El porcentaje restante de radiación es el que llega al suelo, en gran parte como radiación directa (29% aproximadamente) y en parte como radiación difusa (22%), esta última dispersada por las moléculas de aire, el polvo y el vapor de agua. De la radiación solar inicial sólo es absorbida por la superficie terrestre una media del 51%. El 4% restante es reflejado por la superficie del planeta por albedo.
+ El albedo o reflectividad
El albedo o reflectividad es la fracción de radiación reflejada por la superficie terrestre, y es muy variable en el espacio y en el tiempo, según la naturaleza de la superficie reflejante (las capas de nieve, por ejemplo, pueden llegar a un albedo del 90%, mientras que rocas volcánicas negras pueden presentar albedos del 0%).
También la Tierra emite radiación hacia el espacio, que tenemos que tener en cuenta para el balance final de la radiación. Esta radiación terrestre es de onda larga (alta longitud de onda) y en gran parte es absorbida por la atmósfera (debido a la presencia de dióxido de carbono y vapor de agua) produciendo el efecto invernadero.
La radiación emitida por nuestro planeta permite pues compensar el balance global que, en caso contrario, compartía un déficit radioactivo en la atmósfera con el consiguiente enfriamiento constante y un excedente de energía térmica en el suelo que se calentaría continuamente.
- Las células convectivas
Todos los factores vistos anteriormente contribuyen a determinar la temperatura de la atmósfera que precisamente por todo lo dicho no es uniforme en todas las latitudes, siendo más elevada en la zona ecuatorial y tiende a bajar hacia los polos. Además, entre lugares con la misma latitud se tienen grandes diferencias térmicas que ponen en contacto directo masas de aire a distinta temperatura.
+ Movimientos convectivos
Esto provoca importantes movimientos entre las capas de aire: el aire más caliente, a causa del calor absorbido, aumenta su volumen haciéndose menos denso y más ligero; por el contrario, el aire más frío se densifica y se hace más pesado. Por eso se crea una migración hacia arriba de las masas de aire caliente y hacia abajo de las de aire frío.
Estos movimientos llamados convectivos adquieren una forma circular (en células), ya que en altura se originan movimientos horizontales en direcciones opuestas a las que se dan en el suelo y movimientos descendientes que llevan el aire frío al suelo, completando el círculo descrito por el aire en movimiento conocido como célula convectiva. Cada vez que se tienen áreas adyacentes con temperaturas distintas se generan movimientos de este tipo, fundamentales en meteorología.
+ Uso de mapas de isotermas
Esto sugirió el uso de mapas temáticos, en los que se representan líneas que unen puntos con la misma temperatura (líneas isotermas), con los cuales se individualizan áreas geográficas de temperatura distinta. La media de la temperatura representada puede ser la de un año, una estación, un mes, etc., entonces tendremos mapas de los isotermas anuales, estacionales, mensuales, etc. Las isotermas de enero y julio que son particularmente importantes se llaman respectivamente isoquímenas e isóteras.
- La presión atmosférica
El aire, aunque lo toquemos con la mano, no tenemos la sensación de que tiene su propia masa, la cual está sujeta, como todo lo demás, a la fuerza de la gravedad. Por tanto, el aire tiene un peso y ejerce una presión sobre la superficie terrestre.
Efectivamente, la atmósfera ejerce una presión sobre la superficie de la Tierra equivalente a la que haría una capa de agua de 10 metros de espesor y tiene un peso de unos cinco mil billones de toneladas. La presión atmosférica debida al peso de una columna de aire tan alta como el límite superior de la atmósfera y con una sección de 1 centímetro cuadrado corresponde a la que ejercería una columna de idéntica sección de mercurio (elemento que en estado natural es líquido) de 76 centímetros (760 mm) a una temperatura de 0 ºC.
Se puede utilizar esta igualdad para definir una unidad de medición para la presión: la atmósfera que equivale a la presión ejercida por 760 mm de mercurio, es decir, el valor medio de la presión atmosférica a nivel del mar.
Una columna de aire que ejerce una presión de una atmósfera sobre un centímetro cuadrado, alta hasta el límite de la atmósfera, tiene un peso de 1.033,3 g.
Sin embargo, en meteorología generalmente se utiliza como unidad de medición de la presión el milibar (mb). Una atmósfera es equivalente a 1.013,2 mb.
La presión atmosférica, por lo general, no es constante en cada punto de la superficie terrestre. Varía notablemente sobre todo en función de la altitud (así, la presión es máxima a nivel del mar, disminuyendo con la altura), de la temperatura del aire (el aire caliente es menos denso y por tanto más ligero que el aire frío) y de la humedad (el aire húmedo pesa menos que el aire seco). La altitud tiene una importancia fundamental dado que a cotas cada vez mayores el aire es siempre menos denso (se ha dicho ya, hablando de la atmósfera, que el 90% de su masa está contenida en la troposfera, con más de dos tercios concentrados en los tres kilómetros inferiores) y, por lo tanto, es siempre menor la presión que ejerce sobre los objetos y superficies que se encuentren a esas alturas.
Este fenómeno de rarefacción del aire con la altura no sólo provoca una bajada de la presión, sino que también tiene una gran influencia sobre los organismos vivos que por encima de determinadas altitudes les cuesta respirar y realizar acciones duras porque disminuye el oxígeno necesario para la respiración.
También las diferencias de temperatura influyen en la presión, ya que masas de aire en contacto a distinta temperatura tienden a generar movimientos en forma de células convectivas que provocan flujos y fugas de aire en áreas contiguas de la superficie terrestre, con el consiguiente aumento de presión en la zona de flujo y disminución en la zona de fuga.
+ La tasa de humedad del aire y su influencia en la presión atmosférica
La tasa de humedad del aire, es decir, la cantidad de vapor de agua que éste contiene, tiene una gran influencia sobre la presión atmosférica, dado que las moléculas de agua son más ligeras que las de oxígeno. El aire húmedo con más vapor de agua y menos oxígeno que el aire seco pesa menos que este último y ejercita una presión inferior. También con la presión, que como la temperatura es fundamental para el estudio de los fenómenos meteorológicos, se realizan mapas donde se representan áreas de igual presión atmosférica para determinados períodos de tiempo.
- Borrascas y anticiclones
Se trata de áreas subcirculares concéntricas delimitadas por isobaras en las cuales la presión disminuye (borrascas) o aumenta (anticiclones) hacia el centro del área, representando respectivamente zonas de baja y de alta presión. Los movimientos de superficie adquieren un movimiento en espiral que, en el caso de las borrascas, es convergente hacia el centro del área donde el aire tiende a elevarse creando baja presión, mientras que en el caso de los anticiclones es divergente hacia el exterior con descenso de aire en el centro del área, para compensar la pérdida lateral por divergencia y manteniendo la elevada presión.
En el hemisferio norte el sentido de estos movimientos es antihorario para las borrascas y horario para los anticiclones, mientras que es inverso en el hemisferio sur.
En altura, el aire no presenta movimientos ni convergentes ni divergentes, sino que se mueve paralelamente a las isobaras, siempre según un sentido antihorario alrededor de un anticiclón en el hemisferio norte y al contrario en el hemisferio sur.
Las borrascas y los anticiclones pueden ser estacionarios y semipermanentes si, en el tiempo, mantienen más o menos invariable su posición (por ejemplo, el famoso anticiclón de las Azores), o pueden ser de rápido movimiento con la consiguiente perturbación del tiempo meteorológico.
- La humedad
Con el término humedad del aire se quiere indicar la cantidad de vapor de agua normalmente presente en la atmósfera, particularmente en las capas inferiores que afectan a la meteorología.
+ Humedad absoluta y humedad relativa
Se puede definir una humedad absoluta, que es el peso en gramos del vapor de agua presente en un determinado volumen de aire expresado en metros cúbicos, y una humedad relativa, de mayor interés, que se define como la relación entre la cantidad de vapor de agua realmente presente en un determinado volumen de aire y la cantidad máxima teórica que el mismo volumen de aire podría contener en las mismas condiciones de temperatura y presión hasta un límite máximo conocido como punto de saturación. Cuanto más cercano está el contenido en vapor de agua al punto de saturación más húmedo es el aire.
La humedad relativa es altamente influenciable por la temperatura, que puede aumentarla de dos maneras distintas. Una primera forma es mediante un incremento de la evaporación (paso entre el estado líquido a un estado gaseoso) favorecida por un aumento de la temperatura y por la consiguiente producción de nuevo vapor de agua: es necesario, de todas formas, que el agua esté presente (en forma de mares, lagos, ríos, etc.) en superficie.
Este fenómeno es particularmente relevante en las áreas ecuatoriales donde el abundante agua presente en superficie es evaporada en cantidades importantes por las elevadas temperaturas.
La humedad relativa puede aumentar también sin la incorporación de nuevo vapor de agua en la atmósfera, mediante una disminución de la temperatura del aire: así, ya que el punto de saturación es tanto más elevado cuanto mayor es la temperatura del aire, una bajada de temperatura provoca una disminución del punto de saturación y el consiguiente aumento de la humedad relativa.
La humedad relativa es, como se ha visto, influenciada por la temperatura, por la presencia del océano, del mar, de lagos, de ríos, o de pantanos artificiales, pero también por la ventilación que influye notablemente en la evaporación favoreciéndola, por la vegetación y por la mano del hombre (por ejemplo, las presas, que crean lagos artificiales).
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- La meteorología
+ ¿Qué es la meteorología?
+ Los vientos
+ Clasificación de los vientos principales
+ La condensación: nubes, niebla, rocío, escarcha, precipitaciones y temporales
+ Acontecimientos catastróficos: los tornados, las trombas marinas y los huracanes